1.2.2. Системы с постоянными параметрами накопительных резонаторов

Типичным представителем систем компрессии данного типа является система SLED. Системы этого типа в значительной мере свободны от недостатков, присущих системам с изменяемыми параметрами резонаторов. В них отсутствуют мощные СВЧ коммутаторы, а выходной СВЧ импульс имеет менее крутой спад вершины. Однако в силу особенностей работы таких систем максимальная величина коэффициента увеличения мощностиK_Рдля них не может превышать девяти.

Принцип работы систем типа SLEDоснован та том, что амплитуда волны, излучаемой из пересвязанного резонатора (>>1), почти в два раза превышает амплитуду волны генератора, а фаза противоположна фазе волны генератора, отраженной от элемента связи резонатора с трактом (далее: волна, отраженная от резонатора). Следовательно, если после накопления энергии в резонаторе быстро изменить фазу волны генератора на 180, то отраженная от резонатора волна сложится с волной, излучаемой из него, в одной фазе. При этом амплитуда суммарной волны (здесь и далее имеется в виду амплитуда напряженности электрического поля волны) возрастает почти в три раза, а мощность – в девять раз.

Структурная схема ЛУЭ с системой компрессии энергии типа SLEDпредставлена на рис.1.4. Основными элементами ускорителя являются: ускоряющая секция1, накопительные резонаторы2, включенные между выходом усилителя мощности и входом ускоряющей секции с помощью высокочастотного моста6, задающий генератор3, быстродействующий фазовращатель4, усилитель мощности5. СВЧ мост6позволяет осуществить развязку входа и выхода системы так, что волна с выхода усилителя мощности поступает только на элементы связи резонаторов, а волны, излучаемые из резонаторов и отраженные от них, поступают только на вход ускоряющей секции. Такая же развязка может быть осуществлена и при использовании циркулятора и одного накопительного резонатора. Однако в настоящее время отсутствуют циркуляторы, способные надежно работать на уровнях мощности прядка десятков-сотен мегаватт.

Работу ЛУЭ с такой системой рассмотрим с помощью временных диаграмм, приведенных на рис.1.5. Здесь изменение знака волны означает изменение ее фазы на 180^.

В первой – большей – части СВЧ импульса генератора происходит накопление энергии в резонаторах. Амплитуда волны E_и, излучаемой из резонаторов, возрастает (см. рис.1.5). Результирующая волна на входе ускоряющей секцииE_уобразуется сложением волны, падающей на резонаторE₀, и волны, излученной из негоE_и. В момент времениt₁, когда заканчивается процесс накопления энергии, фаза волныE₀с помощью фазовращателя4изменяется на 180. В результате волныE₀иE_искладываются на входе ускоряющей секции в одной фазе и амплитуда результирующей волныE_уувеличивается. Далее, до момента времениt₂, соответствующего окончанию импульса генератора, амплитуда волныE_ууменьшается по экспоненциальному закону за счет уменьшения амплитуды волныE_и.

Реальные значения коэффициента увеличения мощности таких систем обычно не превышают 7-8. Это связано с различными причинами, но наиболее существенной является ограниченная величина коэффициента связи резонаторов с трактом . Для накопительных резонаторов с собственной добротностью порядка 10010³величина коэффициента связи, при которой выходной СВЧ импульс имеет приемлемые параметры, находится в пределах 5-15. При этом амплитуда излучаемой из резонаторов волны в установившемся режиме составляет (1,7-1,8)·E₀. Реальные значения эффективности передачи энергии этих систем составляют (60-70) %.

Основным недостатком систем компрессии энергии с постоянными параметрами накопительных резонаторов является ограниченная величина коэффициента увеличения мощности.

Существуют варианты схем построения таких систем, позволяющие в какой-то мере повысить коэффициент увеличения мощности и эффективность передачи энергии или изменить форму выходного импульса. Некоторые из этих схем будут рассмотрены в следующих разделах.